中學化學示範：高分子塑型的教師示範和學生實作   林韋彤、高湘琪、張佳智* 國立交通大學應用化學系*cchang113ac@nctu.edu.tw 前言 在日常生活及和現代工業中，常見的物質—塑膠是一種人工合成的材料。高分子（也稱為聚合物）是由許多單體（也稱為小分子）以共價鍵的方式串聯而成。高分子的可塑性給人類的生活帶來了前所未有的便利，舉凡垃圾袋、垃圾桶、手搖杯、收納櫃、乃至坐墊，處處都有高分子的身影。為甚麼有些塑膠製品在成型後就不太會變形呢？為甚麼有些塑膠遇熱就會軟化呢？ 本實驗採用隨手可得的高分子材料作為實驗用素材，探討高分子變型程度與溫度的關係，適合讓國中和高中學生能開始思考實驗結果背後的科學原理，並利用這個機會探討塑膠與日常生活的關係。同時，也可以讓國中和高中學生學習如何利用書本和網路查詢相關的文獻資料，並學會如何過濾出有用的資訊。本實驗使用的材料大多為家用產品且無安全疑慮，而且未使用化學藥品，因此可以在教室或在家中進行，只要注意在使用熱水時避免燙傷。 在「十二年國民基本教育課程綱要國民中小學暨普通型高級中等學校—自科學領域課程綱要」中，（一）有關「塑膠」的學習內容方面：在第四學習階段（國中）有提到主題「物質的反應、平衡及製造（J）」和次主題「有機化合物的性質、製備及反應（Jf）」，及其學習內容「Jf-Ⅳ-4常見的塑膠。」；在第五學習階段（高中）也有提到主題主題「科學、科技、社會及人文（M）」和次主題「科學在生活中的應用（Mc）」，及其學習內容「生活中常見之合成纖維、合成塑膠及合成橡膠之性質與應用。」。（二）有關「高分子（聚合物）」的學習內容方面：在第五學習階段有提到「科學、科技、社會及人文（M）」和次主題「科學、技術及社會的互動關係（Ma）」，及其學習內容「CJf-Va-4常見聚合物的一般性質與分類。」和「CJf-Va-5常見聚合物的結構及製備。」因此，本實驗「高分子塑型」的化學內容符合新課綱自然科學領域國中和高中的學習內容。 教師示範與課堂討論 一、  教師示範 1.   教師事先準備兩個不同類型的塑膠瓶（如回收標誌為五號PP及六號PS的塑膠瓶）、各剪裁成兩片塑膠片（約10 cm × 5 cm）、熱水（500-700 mL裝在保溫杯中，或用電熱板加熱）、兩支金屬鑷子、一個透明玻璃容器（如不玻璃罐或玻璃燒杯，容量約1000 mL），帶到教室。 2.   教師放置一個1000 mL的玻璃透明容器（如玻璃罐或大燒杯），倒入裝在保溫瓶約500 mL的熱水。 3.   教師手持兩個大小相同但不同材質（如PP和PS）的塑膠瓶，同時放入熱水中，如圖一所示。教師請學生觀察兩個塑膠瓶的瓶身型態是否改變並比較其異同。 圖一：分別為六號（左）及五號（左）回收標誌之材料受熱情形 4.  接著，教師取出兩片大小相同但不同材質的長形塑膠片，請兩位學生協助，先捲成圓桶狀，以金屬鑷子固定，並同時放置於熱水中加熱1分鐘，如圖二所示。在有外力（使用鑷子）固定的情況下，教師請學生觀察兩個塑膠片的型態是否改變並比較其改變程度。 圖二：兩種塑膠片的受熱方式 5.   最後，教師取出上述的塑膠片，不以金屬鑷子固定，放置於熱水中加熱1分鐘，如圖三所示。在無外力（不使用鑷子）固定的情況下，教師請學生觀察兩個塑膠片的型態是否改變並比較其改變程度。 圖三：不以外力固定的受熱過程與方式 6.   學生比較相同材質在有外力固定和無外力固定的情況下的塑膠型態的變化。 二、  課堂討論 ·      什麼是「塑膠」？這種類型的材料通常具有甚麼樣的特性？ ·      大家都知道寶特瓶不能裝熱水，回想一下，當寶特瓶遇到熱水會發生甚麼現象呢？ ·      為甚麼「塑膠」具有可塑性？ ·      在日常生活常見的塑膠種類中，試著上網找找有哪些不同種類的塑膠（環保編號1-6），以及全球每年各種塑膠的產量？ ·      常見的塑膠是由什麼結構的小分子構成的，並畫出化學式。   學生實作實驗 一、  實驗目的 本實驗使用生活中容易取得的塑膠材料（例如：寶特瓶、塑膠杯、牛奶罐）來觀察其置放於不同溫度下有無外力的影響下的塑膠型態變化，進而說明常見聚合物的物理性質及其相關原理。 二、  實驗器材 各類塑膠瓶各1瓶、熱水（55℃、70℃和85℃，裝在保溫杯中）各1杯、剪刀1把、金屬鑷子1支、溫度計（100℃，可用廚房用溫度計）1支、容器（如不銹鋼杯、玻璃罐或玻璃燒杯，容量約500 mL）1個、計時器（或手機的計時器）1個。 […]